FSK信息解碼的電話網(wǎng)數(shù)據(jù)通信

　　摘要：介紹FSK信息解碼的基本原理和數(shù)據(jù)傳輸格式，利用FSK解碼芯片（SM8220P）與單片機(jī)的接口，實(shí)現(xiàn)電話FSK信息的數(shù)據(jù)傳輸；給出采用電話FSK信息進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 的相關(guān)電路圖、程序流程圖和FSK信息接收的匯編源代碼。

　　關(guān)鍵詞：單片機(jī) 電話主叫信息識(shí)別 FSK 數(shù)據(jù)通信

　　電話主叫識(shí)別信息發(fā)送及接收（俗稱來電顯示），簡稱CID（Calling Identify Delivery），是電信局向被叫電話用戶提供的一種服務(wù)項(xiàng)目，是指在被叫用戶終端設(shè)備上顯示主叫電話號(hào)碼、主叫用戶姓名、呼叫日期和時(shí)間等主叫識(shí)別信息并進(jìn)行存儲(chǔ)，以供用戶查閱的服務(wù)項(xiàng)目。被叫用戶根據(jù)顯示的主叫識(shí)別信息而決定是否接聽電話，可以避開一些不愿接聽或不友好的電話。利用這個(gè)功能可以進(jìn)行FSK信息解碼的電話網(wǎng)數(shù)據(jù)通信，應(yīng)用于實(shí)際生活中。

　　1 電話主叫識(shí)別原理和傳送協(xié)議

　　實(shí)現(xiàn)電話主叫信息識(shí)別業(yè)務(wù)的基本方法是，發(fā)端程序交換機(jī)將主叫電話號(hào)碼等信息通過局間指令系統(tǒng)傳磅給終端交換機(jī)，終端交換機(jī)再將主叫識(shí)別信息以移頻鍵控FSK（Frequency-Shift Keying）或雙音多頻DTMF（DualToneMulti-Frequency）方式，在第一次振鈴或第二次振鈴間隔期前傳送給被叫用戶終端設(shè)備。我國的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，統(tǒng)一采用FSK方式提供主叫電話來顯示服務(wù)。在一次呼叫中，若被叫用戶申請了CID業(yè)務(wù)，則電信局的終端交換機(jī)就會(huì)向該被叫用戶傳送主叫識(shí)別信息數(shù)據(jù)。傳送流程與時(shí)序如圖1所示。

　　其中A、B、C、D、E為數(shù)據(jù)傳送時(shí)的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，各段時(shí)間值如表1所列。在數(shù)據(jù)傳送前或傳送過程中，如果用戶摘機(jī)，則傳送停止，但呼叫處理正常進(jìn)行。

表1 CID信號(hào)傳送各段時(shí)間值

[table]

符 號(hào)

時(shí) 間 值

說 明

tA

1s

第一次鈴流信號(hào)

tB

0.5s

第一次振鈴結(jié)束與數(shù)據(jù)傳送開始之間的時(shí)間間隔

tC

≤2.9s

傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間，包括信道占用信號(hào)和標(biāo)志信號(hào)

tD

≥200ms

數(shù)據(jù)傳送結(jié)束與第二次振鈴開始的時(shí)間間隔

tE

1s

第二次鈴流信號(hào)

tB+C+D

≤3.6s

各時(shí)段可根據(jù)具體情況確定

[/table]

　　2 主叫識(shí)別信息數(shù)據(jù)格式

　　FSK主叫識(shí)別信息數(shù)據(jù)的傳輸格式有兩種：單數(shù)據(jù)消息格式SDMF（Single Data Message Format）和復(fù)合數(shù)據(jù)消息格式MDMF（Multiple Data Message Format）。前者的結(jié)構(gòu)簡單，可容納的信息內(nèi)容較少，如主叫號(hào)碼、日期和時(shí)間；后者的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可容納的信息長度較長，除單數(shù)據(jù)格式內(nèi)容以外還可以主叫用戶的姓名等。本文主要介紹FSK主叫信息數(shù)據(jù)格式的接收。

　　單數(shù)據(jù)消息格式由消息頭和消息體組合，消息頭由消息類型和消息長度組成，它們均為8位字。消息類型的值來識(shí)別消息的特征；消息長度指明后面所跟消息字的長度。消息體包括交換機(jī)需傳給終端用戶的消息。消息體可容納1～255個(gè)8位的消息字。每個(gè)字用8位帶校驗(yàn)位的7位ASCII編碼字符集表示。

　　一個(gè)完事的消息幀由信道占用信號(hào)、標(biāo)志信號(hào)、數(shù)據(jù)信息和校驗(yàn)字組成。信道占用信號(hào)和標(biāo)志信號(hào)用來提示電話終端準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；校驗(yàn)字用來作差錯(cuò)檢查，如圖2所示。

　�、傩诺勒加眯盘�(hào)。這是發(fā)送主叫信息時(shí)要首先發(fā)出的頭標(biāo)志，由一組300個(gè)連續(xù)的“0”和“1”交替地組成。其第一個(gè)位為“0”，最后一個(gè)位為“1”。在通話狀態(tài)下，此信號(hào)不發(fā)送。

　　②標(biāo)志信號(hào)。在掛機(jī)狀態(tài)下，程控交換機(jī)向用戶發(fā)送主叫信息時(shí)要先發(fā)送的第二個(gè)標(biāo)志信號(hào)，由180個(gè)標(biāo)志位（邏輯“1”）組成。在通話狀態(tài)下，此信號(hào)不發(fā)送。

　�、蹣�(biāo)志位。程控交換機(jī)根據(jù)線路使用情況隨機(jī)插入的標(biāo)志位，由0～10個(gè)邏輯“1”組成。

　　④數(shù)據(jù)字。主叫信息，每個(gè)數(shù)據(jù)字之前先行一次“0”作起始位，在最后加一位“1”作結(jié)束位，每個(gè)數(shù)字的最低位先發(fā)送。這樣，實(shí)際每個(gè)字為10位，即1PXXXXXXX0，其中P為奇偶校驗(yàn)位。

　　電話主叫信息數(shù)據(jù)傳送時(shí)，信道占用信號(hào)首先發(fā)送，后接標(biāo)志信號(hào)，最后連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)字。根據(jù)數(shù)據(jù)傳送情況，間隔地插入一些標(biāo)志位。一般標(biāo)志位會(huì)加在如下字的傳送之間：

　　a. 消息類型字與消息長度之間；

　　b. 消息長度字與第一個(gè)參考數(shù)字或消息字之間；

　　c. 參數(shù)類型字與相應(yīng)的參數(shù)長度字之間；

　　d. 參考長度字與第一個(gè)參考字之間；

　　e. 最后一個(gè)參數(shù)字與下一個(gè)參數(shù)類型字之間；

　　f. 最后一個(gè)參考字或消息字與校驗(yàn)字之間。

　　單數(shù)據(jù)消息格式數(shù)據(jù)傳送按消息類型（04H）、消息長度、消息字、月、日、時(shí)、分、主叫號(hào)碼（或“O”或“P”）的順序排列組成消息進(jìn)行傳送。所有的消息字和參數(shù)字都有奇數(shù)偶校驗(yàn)位，采用奇偶校驗(yàn)的方式傳送。

　　3 電話FSK信息通信電路設(shè)計(jì)

　　本文以FSK信息解調(diào)器SM8220P芯片與單片機(jī)及外電路接口為例，介紹FSK信息的通信接收方法。SM8220P解調(diào)器是日本NPC公司生產(chǎn)的雙列直插、低功耗CMOS集成電路FSK解調(diào)芯片，其解調(diào)器的引腳功能如表2所列。

表2 SM8220P引腳功能

[table]

符 號(hào)

引 腳

功 能

TIP-RING

1,2

電話信號(hào)輸入端。信號(hào)輸入必須隔直流

AGND

3

模擬地，要通過一個(gè)電容接地

RDIN

4

振鈴檢測輸入。要把振鈴信號(hào)經(jīng)衰減后連接到此引腳

RDRC

5

振鈴檢測RC延時(shí)電路，低電平有效

RDET

6

振鈴檢測輸出，內(nèi)部接施密特觸發(fā)電路。當(dāng)為低電平時(shí)，表明檢測到振鈴信號(hào)輸入；不用時(shí)應(yīng)接地

PWDN

7

掉電控制，平時(shí)應(yīng)保持為低電平。若為高電平，進(jìn)入掉電工作模式，COSCOUT、CDET和DOUT自動(dòng)被設(shè)置成高電平，AGND、FOUT被設(shè)置成高阻抗?fàn)顟B(tài)

GND

8

器件地

OSCIN/CLKIN

9

振蕩放大器輸入，外部振蕩放入器信號(hào)經(jīng)此引腳輸入

OSCOUT

10

振蕩放大器輸出，使用外部振蕩信號(hào)時(shí)必須開路

CDET

11

載波檢測輸出端，低電平有效。為低電平時(shí)，表明此時(shí)有FSK載波信號(hào)輸入

NC

12

空腳

DOUT

13

數(shù)據(jù)輸出，平時(shí)為高電平。當(dāng)CDET=0時(shí)，表明此時(shí)電話經(jīng)上有一個(gè)有效的FSK信號(hào)輸入，經(jīng)解調(diào)后由該腳輸出

DMIN

14

解調(diào)器輸入端

FOUT

15

FSK帶通濾波器輸出端，通過一個(gè)電容耦合連接到DMIN

VDD

16

電源正極（3～5.5V)

[/table]

　　SM8220P遵循Bell 202和ITU-T V.23協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以連續(xù)二進(jìn)制脈沖頻移鍵控信號(hào)的方式傳輸，傳輸速率為1200bps。支持FSK號(hào)碼顯示和姓名顯示等多種功能；芯片內(nèi)部包含電源掉電檢測電路、振鈴檢測電路和載波檢測電路；信號(hào)輸入檢測靈敏度高，電源工作電壓較寬（3～5.5V），是進(jìn)行電話FSK信息解碼通信的較好的集成芯片。

　　為實(shí)現(xiàn)電話FSK信息的接收，采用P87LPC764單片機(jī)控制SM8220P電路，以完成電話FSK信息解碼通信的工作。電話FK信息通信具體電路如圖3所示。

　　從圖3中可知，對于從電話線上傳輸來的FSK信號(hào)，信號(hào)傳送在第一次振鈴和第二次振鈴之間。振鈴信號(hào)經(jīng)過整流、分壓，加到TIL113光電耦合器件的發(fā)射管上，使發(fā)射管有電流通過而發(fā)光，照射到光敏三極管的基極，臻使光敏三極管飽和導(dǎo)通。在R6上得到大于1V的脈沖信號(hào)，輸入到單片機(jī)外部中斷0，喚醒單片機(jī)準(zhǔn)備接收。0.5s后FSK信號(hào)經(jīng)過C3、C4、R1、C2的隔直和衰減，輸入到FSK接收器SM8220P的差分輸入端TIP和RING腳，將FSK信號(hào)讀取解調(diào)后從DOUT腳輸出ASCII碼的串行序列，由P87LPC764單片機(jī)接收處理，提取出相應(yīng)的電話FSK信息，發(fā)到多功能LED顯示模塊MAX7219驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示和24C64保存。

　　4 FSK信息接收通信軟件設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)對SM8220P輸出的ASCII碼串行序列的識(shí)別過程，由接收和數(shù)據(jù)整合兩部分組成。由于FSK信號(hào)波特率為1200bps，每發(fā)1位的時(shí)間是833us，因此，可以設(shè)定定時(shí)器每833us接收1位，每10位提取出1個(gè)數(shù)字。如此反復(fù)循環(huán)，直到接收完全FSK信息。當(dāng)有電話來時(shí)，在第一聲振鈴后，單片機(jī)開始準(zhǔn)備檢測接收信號(hào)，SM8220P開始接收300個(gè)由0、1組成的頻率為1200Hz的信道占用信號(hào)和180個(gè)“1”標(biāo)志信號(hào)，緊接著接收主叫號(hào)碼和時(shí)間。每收到1個(gè)數(shù)字，SM8220P都把它變換成10位（1PXXXXXXXX0）的串行序列，由13腳輸出傳送給P87LPC764單片機(jī)，P87LPC764經(jīng)過精確的定時(shí)編程將其檢測整合出相應(yīng)的FSK號(hào)碼、時(shí)間等數(shù)據(jù)，完成FSK信息解碼、接收通信、接收到的電話號(hào)碼可以保存在24C64串行E2PROM中，也可以輸出到LCD上顯示。SM8220P的11腳用來提示電話線上是否有新的FSK信息的輸入。若有新的FSK信息輸入，此引腳將產(chǎn)生低電平。單片機(jī)接收FSK主叫信息可以采用定時(shí)中斷方式，也可以采用延時(shí)查詢的辦法進(jìn)行。電話FSK信息接收通信程序流程如圖4所示。

　　結(jié)語

　　近幾年來，我國電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展很快，電話普及率逐年提高。通過調(diào)查顯示，用戶迫切需要利用電話來傳遞更多的信息。利用SM8220P與單片機(jī)的結(jié)合，可以很方便地實(shí)現(xiàn)電話FSK信息的解碼、接收通信，實(shí)現(xiàn)用電話網(wǎng)進(jìn)行用戶遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表等功能。

作者：東華理工大學(xué) 朱兆優(yōu) 周航慈 來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用